水輪機轉(zhuǎn)輪汽蝕的危害及處理

王　晶

摘要:文章對水輪機在發(fā)電運行中出現(xiàn)的強烈震動和強烈的噪音以及軸承溫度過高、機組擺動過大等不良現(xiàn)象造成的水輪機的汽蝕危害進行了科學(xué)分析,并制定了有效措施與處理方法,從而能有效地提高機組的穩(wěn)定性與經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞:水輪機;汽蝕危害;強烈震動

中圖分類號:TV734文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)20-0103-01

水輪機在發(fā)電運行中,往往會出現(xiàn)強烈震動和強烈的噪音以及軸承溫度過高、機組擺動過大等不良現(xiàn)象。這種現(xiàn)象往往是由水輪機的汽蝕造成。

汽蝕的形成原因:

造成水輪機汽蝕破壞的原因是多種多樣的。除水輪機本身外,還與通流部件的材料性能、制造工藝水平、河

流水質(zhì)、運行情況、檢修質(zhì)量等因素有關(guān);另外對水輪機的吸出高度也必須加以考慮。

一、運行工況的影響及處理措施

水輪機在設(shè)計水頭和最優(yōu)工況區(qū)運行,一般沒有什么汽蝕現(xiàn)象,而在偏離最優(yōu)工況很遠的低水頭運行時,汽蝕的破壞較大,容易造成強烈的噪音,金屬打擊聲、雷鳴聲,嚴(yán)重時產(chǎn)生汽蝕共振,引起機組強烈振動,影響水輪機的穩(wěn)定運行。在這種情況下,可采取十字架或頂蓋下和轉(zhuǎn)輪出口的渦帶補氣或避開這一運行區(qū)域,避免水輪機在低水頭和低負(fù)荷下運行,這樣可以降低空腔汽蝕和翼型汽蝕的強度。

二、水輪機的汽蝕與其吸出高度有著密切的關(guān)系

水輪機的吸出高度是影響水輪機汽蝕的基本參數(shù),它直接影響到機組的穩(wěn)定性。一般規(guī)律是吸出高度大,汽蝕就比較嚴(yán)重。所以在設(shè)計和安裝機組時,應(yīng)對水輪機的吸出高度進行合理選擇,從而保證水輪機的安全運行和使用壽命。

三、水的理化性能影響及預(yù)防

在流經(jīng)發(fā)電機的水流中含有空氣。二氧化碳或泥沙量較大,導(dǎo)致小的汽化壓力提高,使水輪機汽蝕強度增大。如:阜平的陡嶺臺、淶源的泉水背及北城子、曲陽的蘆莊子等電站就是因為渠道的水含泥沙太多,致使轉(zhuǎn)輪邊沿汽蝕磨損很大,迷宮環(huán)間隙由原來的0.5毫米增大到10毫米左右,因而降低了水輪機的效率。

對于泥沙含量較大河流上的電站一般應(yīng)設(shè)置沉沙和除沙的水工建筑,以減緩和消除泥沙對水輪機過流部件的磨損。如適當(dāng)抬高進水口的高程,設(shè)置沉沙池及排沙,沖沙等設(shè)施。

四、汽蝕的機械破壞作用及處理

(一)汽蝕對水輪機的破壞作用

水流在水輪機中流動通過壓力低于汽化壓力區(qū)界,水汽化沸騰產(chǎn)生氣泡,流到高壓區(qū)界氣泡迅速潰滅,氣泡周圍的水體高速占據(jù)此空間,產(chǎn)生局部沖擊壓力升高,于是使水?dāng)D入金屬表面的細縫中,當(dāng)壓力突降時,擠入的水又要從金屬縫中快速拉出,這樣就會對金屬產(chǎn)生周期性的撞擊并產(chǎn)生水擊壓力,使金屬表面受到反復(fù)的沖擊載荷,造成材料的破壞,導(dǎo)致金屬晶粒脫落,當(dāng)汽蝕反復(fù)發(fā)生在同一個部位時,就會使金屬表面變暗、粗糙、出現(xiàn)蜂窩以致穿孔或斷裂現(xiàn)象,最終成塊脫落?？傊g時對水輪機的機械破壞,使機組大修周期縮短,延長了檢修工期,增加了檢修費用,減少了機組的運行時間,降低了發(fā)電量,影響了水電站的經(jīng)濟效益和社會效益。

(二)對轉(zhuǎn)輪汽蝕破壞部位的處理方法

1.對轉(zhuǎn)輪汽蝕破壞的部位,首先要測定面積、深度及失重量。對破壞部位的清理,一般用電弧氣刨或偏鏟將汽蝕部位的破壞層處理掉,使之露出母材為宜。

2.對于輕度的汽蝕破壞,可采用金屬噴鍍法。噴鍍材料為自熔性合金。噴鍍時使自熔性合金與母材相結(jié)合,使之對母材料起到修補和保護作用。

3.對于水輪機較嚴(yán)重的汽蝕破壞,可采取補焊法。當(dāng)汽蝕破壞部位浸蝕深度小于8毫米時,可直接在清理好的汽蝕部位堆焊抗腐蝕耐磨及干燥的焊條。

西大洋發(fā)電廠3#機組轉(zhuǎn)輪是混流式的,因運行年限較長,15個葉片與下環(huán)連接處的背面均發(fā)生了汽蝕破壞,其每個葉片的汽蝕面積約為70～80平方厘米,深度1.5毫米左右,對這樣嚴(yán)重的浸蝕深度,首先用低碳鋼焊條打底,當(dāng)距底面6毫米時,再用抗汽蝕耐磨損的焊條堆焊。為了消除焊接應(yīng)力,每焊完一道焊波,須馬上進行錘擊,錘擊到焊波波紋模糊不清為止。補焊時,應(yīng)采用小電流短弧施焊方法,防止因大電流將葉片熔化較深,熱影響區(qū)域擴大,母材中的碳滲入焊縫形成碳化鉻而降低補焊層的含鉻量,降低了抗汽蝕性能。

施焊中運條速度應(yīng)均勻,電弧應(yīng)穩(wěn)定。補焊完應(yīng)高出原型2毫米左右,以作為打磨的余量,打磨應(yīng)光滑平整,表面形狀應(yīng)符合母材的原型。轉(zhuǎn)輪在補焊處理完畢之后,應(yīng)做靜動平衡試驗和轉(zhuǎn)輪的測圓工作,使之符合規(guī)程要求,并且在補焊前做好防止母材變形的技術(shù)措施。

綜以上所述,水輪機的汽蝕是一種復(fù)雜的物理與化學(xué)現(xiàn)象,它直接影響到機組的穩(wěn)定性、機組的檢修及經(jīng)濟效益,它使水輪機效率降低,材料破壞,它威脅水輪機的安全運行,所以防止和減輕汽蝕是一個重要的課題,只要我們不斷進取,大膽探索勇于實踐,一定會在防止和減輕水輪機的汽蝕方面取得滿意的效果,使機組達到安全穩(wěn)定經(jīng)濟的運行。

作者簡介:王晶(1976-),保定市西大洋水電站生產(chǎn)科助理工程師,研究方向:發(fā)供電。